利用SiGeBiCMOS6分路前馈均衡器支持的直接调制1326nm短腔VCSEL，实现了15kmSSMF上50Gb/s、5kmSSMF上60Gb/s和64Gb/s背对背的无dsp实时NRZ传输。
SSMF和64Gb/s背靠背与1.3umvcsel无DSP和实时NRZ传输50Gb/s超过15km-实验装置
作为云计算、搜索引擎和社交媒体等日益流行的互联网应用的基础，数据中心需要处理快速增长的信息量。这给数据中心内部和数据中心之间的链路带来了巨大的压力，促使业界和学术界开发400G及以上光链路的解决方案，以及当今经济高效的多模VCSELs的后续技术。这些应用的光纤长度范围从100米到2公里（数据中心内链路），至少10公里（数据中心间链路）。虽然许多提出的解决方案依赖于III-V或硅光子学材料系统中实现的外部调制，但基于直接调制VCSELs的链路具有提供低功耗、低成本和低复杂性解决方案的潜力。有报道称短波多模VCSELs可以实现高达100Gb/s的比特率。
然而，使用这些链路，如果没有广泛的数字信号处理（DSP），很难以高于50Gb/s的速率达到超过200米。这激发了人们对长波单模VCSELs的兴趣。长波VCSELs以磷化铟（InP）为基材，具有高带宽、极低功耗的特点，并提供1.3µm（O波段）至1.55µm（C波段和L波段）的经济高效的解决方案。在其它文章中报道了几个C波段的VCSEL和链路，还有一个>20GHz带宽VCSEL。然而，C波段中的传输受到标准单模光纤（SSMF）中的色散的限制，因此O波段VCSELs有望实现更高的比特率x距离产品。使用1325nm的VCSEL的直接调制链路被报道，能够在20km上使用NRZ达到28Gb/s，在4.5km上达到40Gb/s。链路性能受到O波段VCSEL带宽的限制，与C波段VCSEL相比，带宽更少。使用均衡或多电平调制技术（如4级脉冲幅度调制（PAM4））可以进一步提高基于VCSEL的链路的速度。例如，还有依靠高速数模转换器（DACs）、模数转换器（ADCs）和DSP实现了15km SSMF上28G波段的PAM4传输，使用C波段VCSEL实现了1km SSMF上42G波段的传输。然而，对DACs、ADCs和DSP的需求增加了收发器的成本、复杂性和功耗。
因此，在这里，我们演示了一个相同O波段VCSEL的链路，现在与传输侧模拟6分路前馈均衡器（FFE）相结合，而不依赖于任何DSP。误码率（BER）是实时测量的（没有任何离线处理），没有使用光学放大来克服链路丢失。
实验装置
本研究中使用的O波段VCSEL是由Vertilas公司开发的单模短腔VCSEL，基于InP埋地隧道结设计，室温下Max调制带宽高达17GHz。偏置电流和高速信号通过射频微探头和偏置T传递到VCSEL。光通过透镜光纤探头耦合到光纤中。在12mA的偏置电流下，VCSEL发出1326.2nm的光，光功率为4.7dbm。室温下测得的PI和VI曲线如图2所示。可以看到低阈值电流为2mA，Max输出功率为3.4mW。在12mA（14mA）的偏置电流下，VCSEL消耗20.1mW（24.7mW）的电力。
图1 O波段光链路实验设置（50Gb/s眼图，针对B2B通信优化的传输眼）
光链路和测量设置如图1所示。在FPGA上生成4个27比特长的伪随机比特流（PRBS），并通过适当的延迟复用成串行27比特的PRBS流。之后，这个串行信号是使用模拟6抽头FFE预均衡。多路复用和均衡都是在同一个发射器IC上实现的，连同一个能够产生大约300mVpp单端信号的50Ω驱动器。该集成电路采用55nm的SiGe Bicmos工艺制造，功耗约0.85W。为了增加信号摆幅，采用宽带放大器和衰减器组合，获得14dB的宽带放大（3dB带宽为50GHz），单端信号摆幅约为1.35Vpp。这个额外的增益级和偏置可以包括在未来的迭代的TXIC。放大后的信号用于直接调制VCSEL，并使用偏置T施加。50Gb/s驱动信号经B2B通信优化后的眼动图如图1所示。补偿链路中带宽限制所需的超调可以清楚地看到。在链路上增加了一个光隔离器，以防止可能干扰直接调制激光的反向反射。可变光衰减器用于控制入射到光接收器上的光功率。采用一种商用线性PIN差分光接收器（Discovery半导体公司DSC-R409-LW），带宽为31GHz，转换增益为159V/W，用于捕获光信号。接收到的信号在能够接收NRZ信号高达100Gb/s的定制RXIC中采样。然后用芯片上的1:4解复用器对信号进行反序列化。4个流中的一个被反馈到FPGA进行实时误码率测量，而不需要任何DSP或离线处理。RXIC采用130nm的SiGe BiCMOS技术制造，功耗约1.2W，可用于高达100Gb/s NRZ的通信。
图2 VCSEL偏置为12mA时，SSMF上不同传输距离下光电链路s参数归一化
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